JP2007525333A - Magnetically levitated high-speed spindle for forming irregular surfaces - Google Patents

Magnetically levitated high-speed spindle for forming irregular surfaces Download PDF

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Abstract

加工物(24)内またはピン状の非円形の表面内にある非円形の孔(22)を形成するために、磁気浮上型の高速スピンドルアセンブリ(20)が設けられる。非円形の孔(22)は、寸法的に変動する軸方向の軌道によって、高速かつ高精度で形成され得る。第1の磁気軸受クラスタ(58)および第2の磁気軸受クラスタ(60)の間にある回転式スピンドル(26)を支持し、これらの軸受クラスタ(58、60)を別々に制御して、成形工具(32)を所定の楕円形の軌道(B)にあるスピンドル(26)の端部に移動させることによって、このことは達成される。複数の入力および複数の出力を制御するストラテジーはX軸およびY軸におけるスピンドル(26)の運動を制御するのに使用される。磁気軸受クラスタ(58、60)のこの複数の入力および複数の出力を制御しても、成形工具(32)の切れ刃(34)および楕円形の軌道(B)の間の傾斜角は直角のままであり、高速で作動する間に成形精度およびスピンドル(26)の安定性をさらに改良する。  A magnetically levitated high speed spindle assembly (20) is provided to form a non-circular hole (22) in the workpiece (24) or in a pin-shaped non-circular surface. The non-circular hole (22) can be formed at high speed and with high accuracy by means of an axial trajectory that varies in dimension. A rotary spindle (26) between a first magnetic bearing cluster (58) and a second magnetic bearing cluster (60) is supported and the bearing clusters (58, 60) are controlled separately to form This is accomplished by moving the tool (32) to the end of the spindle (26) in a predetermined elliptical path (B). A strategy that controls multiple inputs and multiple outputs is used to control the movement of the spindle (26) in the X and Y axes. Even if this multiple input and multiple output of the magnetic bearing cluster (58, 60) is controlled, the inclination angle between the cutting edge (34) of the forming tool (32) and the elliptical track (B) is perpendicular. This further improves the forming accuracy and stability of the spindle (26) while operating at high speeds.

Description

本特許出願は、2004年2月26日付け出願の米国仮特許出願第60/547891号の優先権を主張する。   This patent application claims priority to US Provisional Patent Application No. 60/547891, filed Feb. 26, 2004.

発明の背景
1.技術分野
本発明は、一般に、非円形の表面を成形するための磁気浮上型の高速スピンドルアセンブリに関し、より詳細には、加工物に非円形孔を形成するためのかかるアセンブリに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to magnetically levitated high speed spindle assemblies for shaping non-circular surfaces, and more particularly to such assemblies for forming non-circular holes in a workpiece.

2.関連技術
製品の用途によっては、非円形の孔の形成が必要となるものがある。たとえば、内燃機関のためのピストンの製造において、リストピンまたはピストンピンのために形成されるいわゆるピンホールは、たいていリストピン内の撓みに適応するために、中心に向かって開口するわずかなトランペット形状を有する。さらに、ピンホールのこのトランペット形状は、わずかな楕円率によって最適に設計され、様々なサイクルによってリストピンが動くために、リストピンの歪曲するさらなる原因となる。ピンホールのこのトランペット形状であり非円形の横断面は、厳しい公差で形成されなければならない。たとえば、3から5ミクロンの範囲内の公差が、これらのタイプを使用するのにたいてい必要である。
2. Related Technology Some product applications require the formation of non-circular holes. For example, in the manufacture of pistons for internal combustion engines, wrist pins or so-called pinholes formed for piston pins usually have a slight trumpet shape that opens towards the center to accommodate bending in the wrist pin Have In addition, this trumpet shape of the pinhole is optimally designed with a slight ellipticity, which causes the wrist pin to distort further as the wrist pin moves through various cycles. This trumpet shaped non-circular cross section of the pinhole must be formed with tight tolerances. For example, tolerances in the range of 3 to 5 microns are usually necessary to use these types.

このような非円形の孔を厳しい公差規格で作成するための工業的方法があり、この方法は油圧作動式フライス工具および電解加工技術を含むものである。従来技術はまた、能動型磁気軸受を備える特別な工作機械スピンドルを使用して、非円形の形状を穿孔することを提案している。能動型磁気軸受は、電磁石固定子によって発生する磁界に支持される回転軸が、強磁性物質から、または、強磁性物質によって形成される原理に従って作用する。適切なパワー増幅器を備えた制御システムが磁場を調整し、スピンドルが回転する間、所望の半径方向位置にスピンドルを保持する。たとえ荷重条件が変化しても、この半径方向位置を保つことが可能である。   There are industrial methods for creating such non-circular holes with strict tolerance standards, including hydraulically operated milling tools and electrochemical machining techniques. The prior art also proposes drilling non-circular shapes using special machine tool spindles with active magnetic bearings. Active magnetic bearings operate according to the principle that the axis of rotation supported by the magnetic field generated by the electromagnet stator is formed from or by a ferromagnetic material. A control system with an appropriate power amplifier adjusts the magnetic field and holds the spindle in the desired radial position while the spindle rotates. Even if the load condition changes, this radial position can be maintained.

能動型磁気軸受システムの利点は、スピンドルの移動を制御し、意図的にスピンドルの回転の偏差を生じさせ、このことにより、所望の軌道で成形工具を動かすことが可能なことにある。それにもかかわらず、従来技術には数多くの欠点および制限がある。たとえば、特に3次元で作成可能な非円形の孔の形状が、とりわけ制限される。さらに、正確に工具の切れ刃の位置を制御し、このことにより、公差の変動を5ミクロン未満にすることが可能であるかは、確かなものではない。それゆえに、本発明の目的は、これらの問題点および制限を解決することである。   The advantage of an active magnetic bearing system is that it controls the movement of the spindle and intentionally produces a deviation in the rotation of the spindle, which makes it possible to move the forming tool on the desired path. Nevertheless, the prior art has a number of drawbacks and limitations. For example, the shape of non-circular holes that can be created in particular in three dimensions is particularly limited. Furthermore, it is uncertain whether it is possible to accurately control the position of the cutting edge of the tool, and this allows the tolerance variation to be less than 5 microns. The object of the present invention is therefore to solve these problems and limitations.

発明の概要
本発明は、寸法的に異なる軸方向の軌道がある非円形の孔を加工物に形成するための磁気浮上式の高速スピンドルアセンブリを備える。アセンブリは、長手方向に延びる軸心を画定し、かつその成形端部で固定される成形工具を有するスピンドルを備える。軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、第1の磁気軸受クラスタは、成形工具に近接してスピンドルを支持する。軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、第2の磁気軸受
クラスタは、第1の磁気軸受クラスタから間隔を置いて配置され、成形工具から遠くの位置でスピンドルを支持する。ラジアル軸受制御装置は、第1および第2の磁気軸受クラスタを別々に制御し、スピンドルが磁気浮上式に回転する間に軸心の半径方向位置を調整し、このことにより、所定の非円形の軌道の成形端部で軸心を移動させる。本発明の本態様によると、改良は、加工物に対して軸心に沿って成形工具を動かしつつ、同時に軌道の形状を変えるための、軸方向運動の制御装置を備える。そのため、連続的に軸方向に変動する軌道を持つ非円形の孔を、加工物に高速かつ高精度に形成することが可能となる。したがって、磁気軸受クラスタと加工物に対する成形工具の軸方向の位置とを別々に、しかしながら同時に制御することによって、連続的に変動する横断面域および横断面形状を有する非円形の孔を形成することができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a magnetically levitated high speed spindle assembly for forming a non-circular hole in a workpiece with dimensionally different axial trajectories. The assembly includes a spindle having a forming tool that defines a longitudinally extending axis and is secured at a forming end thereof. The first magnetic bearing cluster supports the spindle proximate to the forming tool for rotation in a magnetic levitation manner about the axis. The second magnetic bearing cluster is spaced from the first magnetic bearing cluster and supports the spindle at a location remote from the forming tool for magnetically levitating rotation about the axis. The radial bearing control device controls the first and second magnetic bearing clusters separately and adjusts the radial position of the shaft center while the spindle rotates in a magnetically levitated manner. The axis is moved at the end of the track. According to this aspect of the invention, the improvement comprises an axial motion control device for moving the forming tool along the axis about the workpiece while simultaneously changing the shape of the track. Therefore, a non-circular hole having a trajectory that continuously varies in the axial direction can be formed in the workpiece at high speed and with high accuracy. Thus, by controlling the magnetic bearing cluster and the axial position of the forming tool relative to the workpiece separately, but simultaneously, to form a non-circular hole having a continuously varying cross-sectional area and cross-sectional shape. Can do.

本発明の第2の態様によると、加工物に非円形の孔を形成するために、磁気浮上式の高速スピンドルアセンブリを設ける。アセンブリは、後端部および成形端部の間を軸心に沿って延びる、細長いスピンドルを備える。成形工具は、成形端部に近接してスピンドルから半径方向に外側に延び、配置された切れ刃で終端する。軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、第1の磁気軸受クラスタは、成形端部に近接してスピンドルを支持する。軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、第2の磁気軸受クラスタは第1の磁気軸受クラスタから間隔を置いて配置され、成形端部から遠くの位置でスピンドルを支持する。ラジアル軸受制御装置は、第1および第2の磁気軸受クラスタを別々に制御し、スピンドルが磁気浮上式に回転する間に軸心の半径方向位置を調整し、所定の非円形の軌道における成形端部で軸心を移動させるために設けられる。そのため、高速の切れ刃は、対応するように成形された非円形の孔を加工物に形成することとなる。本発明の本態様によると、切れ刃および軌道の間に連続的な傾斜角を保つために、切れ刃制御装置が設けられる。傾斜角は、軸心から切れ刃まで延びる半径および軌道に沿った任意の点に対する接線の間の角度によって定まる最適な切削角を備え、そこで非円形の孔は改良された精度で成形可能であり、アセンブリはより高いスピンドル安定性を提供しつつ、より高速の回転速度で作動することができる。   According to a second aspect of the present invention, a magnetically levitated high speed spindle assembly is provided to form a non-circular hole in the workpiece. The assembly includes an elongate spindle that extends along an axis between a rear end and a molded end. The forming tool extends radially outward from the spindle close to the forming end and terminates with a disposed cutting edge. The first magnetic bearing cluster supports the spindle proximate to the molded end for rotation in a magnetic levitation manner about the axis. The second magnetic bearing cluster is spaced from the first magnetic bearing cluster and supports the spindle at a position remote from the forming end for rotation in magnetic levitation about the axis. The radial bearing control device separately controls the first and second magnetic bearing clusters, adjusts the radial position of the shaft center while the spindle rotates in a magnetically levitated manner, and forms a molded end on a predetermined non-circular track. It is provided to move the axis at the part. For this reason, the high-speed cutting edge forms a non-circular hole formed in a corresponding manner in the workpiece. According to this aspect of the invention, a cutting edge control device is provided to maintain a continuous tilt angle between the cutting edge and the track. The tilt angle has an optimum cutting angle determined by the radius extending from the axis to the cutting edge and the angle between the tangents to any point along the trajectory, where non-circular holes can be formed with improved accuracy The assembly can operate at higher rotational speeds while providing higher spindle stability.

主題発明のさらに別の態様によると、高速スピンドルアセンブリを磁気的に浮上させるための方法を備える。寸法的に変動する軸方向の軌道を有する不規則な孔を加工物に形成するために、この方法が実施される。この方法は、軸心を有するスピンドルの一端に半径方向に延びる成形工具を固定するステップと、軸心を中心として回転するために成形工具に近接するスピンドルの第1の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、第1の領域から間隔を置いて配置され、成形工具から遠くにあるスピンドルの第2の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、第1および第2の磁気浮上領域内で軸心を中心としてスピンドルを回転させるステップと、別々に第2の浮上領域を変動させることによって、スピンドルが回転する間に、第1および第2の領域で軸心の半径方向位置を調整し、このことにより所定の非円形の軌道の成形端部で軸心を動かすステップとを備える。この方法には、加工物に対して軸心に沿って成形工具を動かすことによって、不規則な軸方向に変動する軌道の孔を加工物に形成するのと同時に、第1および第2の領域で軸心の半径方向位置を調整するステップを備えるという特徴がある。   According to yet another aspect of the subject invention, a method for magnetically levitating a high speed spindle assembly is provided. This method is carried out in order to form irregular holes in the workpiece with dimensionally varying axial trajectories. The method includes fixing a radially extending forming tool to one end of a spindle having an axis, and a magnetic levitation region around a first region of the spindle proximate to the forming tool for rotation about the axis. Setting a magnetic levitation region around a second region of the spindle that is spaced from the first region and is remote from the forming tool, and first and second magnetic levitation By rotating the spindle about the axis in the region and separately varying the second flying region, the radial position of the axis is adjusted in the first and second regions while the spindle rotates. Adjusting and thereby moving the axis at the shaping end of the predetermined non-circular track. In this method, the first and second regions are formed simultaneously with the formation of irregular axially varying orbital holes in the workpiece by moving the forming tool along an axis relative to the workpiece. And a step of adjusting the radial position of the shaft center.

本発明のさらなる別の態様によると、高速スピンドルアセンブリを磁気的に浮上させるための方法を目的とする。この方法は、加工物に非円形の孔を形成するために実施され、成形工具に切れ刃を形成するステップと、切れ刃が軸心から半径方向に外側に配置されるように、軸心を有するスピンドルの一端に半径方向に延びる成形工具を固定するステップと、軸心を中心として回転するために成形工具に近接するスピンドルの第1の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、第1の領域から間隔を置いて配置され、成形工具から遠くにあるスピンドルの第2の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、第1および第2の磁気浮上領域内で軸心なしでスピンドルを回転させるステップと、第1お
よび第2の浮上領域を変動させることによって、スピンドルが回転する間に、第1および第2の領域で軸心の半径方向位置を調整し、このことにより所定の非円形の軌道に切れ刃を動かして加工物に非円形の孔を形成するステップとを備える。改良は、切れ刃および軌道の間の連続した傾斜角を保つ工程を含み、そのため、非円形の孔が改良された精度で成形されることが可能となり、かつスピンドルがより高速の回転速度でより高い安定性で作動可能となる。傾斜角は、軸心から切れ刃まで延びる半径および非円形の軌道に沿った任意の点に対する接線の間の角度によって定まる最適な切削角を備える。
According to yet another aspect of the present invention, it is directed to a method for magnetically levitating a high speed spindle assembly. This method is carried out to form a non-circular hole in the workpiece, the step of forming a cutting edge in the forming tool, and the axial center so that the cutting edge is arranged radially outward from the axial center. Fixing a radially extending forming tool to one end of the spindle having, setting a magnetic levitation region around a first region of the spindle proximate to the forming tool for rotation about an axis; and Setting a magnetic levitation region around a second region of the spindle spaced from one region and remote from the forming tool, and without an axis in the first and second magnetic levitation regions Adjusting the radial position of the axial center in the first and second regions while rotating the spindle by rotating the spindle and varying the first and second flying regions; Ri and forming a non-circular hole in the workpiece by moving the cutting edge to a predetermined non-circular orbits. The improvement includes the step of maintaining a continuous tilt angle between the cutting edge and the track, so that non-circular holes can be formed with improved accuracy, and the spindle is more at higher rotational speeds. It becomes possible to operate with high stability. The tilt angle comprises an optimum cutting angle determined by the radius between the axis to the cutting edge and the angle between the tangent to any point along the non-circular track.

孔を形成するアセンブリ、および、主題発明による方法は、高速で高精度に形成可能な孔の形状および構成の利用可能な範囲を拡大することによって、特に立体感において、従来技術の問題点および欠点を解決するものである。   The hole forming assembly, and the method according to the subject invention, expands the available range of hole shapes and configurations that can be formed at high speed and high precision, and in particular the problems and disadvantages of the prior art, particularly in the stereoscopic effect. Is a solution.

これらおよび他の本発明の特徴および効果は、以下の詳細な説明および添付の図面に関連して考慮すると、より容易に理解されるであろう。   These and other features and advantages of the present invention will be more readily understood when considered in conjunction with the following detailed description and the accompanying drawings.

好ましい実施形態の詳細な説明
図を参照すると、いくつかの図全体を通して同一の符号は同一のあるいは対応する部分を示しており、磁気浮上型高速スピンドルアセンブリは、図1および図2において全体として20で示される。スピンドルアセンブリ20は、加工物24に非円形の孔22を形成するためのタイプである。図1において、内燃機関のためのピストンを備えるだけの実施例のために、加工物24が示される。非円形の孔22は、従来技術においてよく知られているリストピン(図示せず)を含むためのピンホールとして図示される。しかしながら、加工物24は任意の構成部品を備えてもよく、ピストン、エンジン、さらには自動車の用途に限定されるものではない。むしろ、どのような活動分野においても、高精度の公差を持つ非円形の孔22に適用可能である。
DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the figures, like reference numerals designate like or corresponding parts throughout the several views, and a magnetically levitated high speed spindle assembly is generally designated 20 in FIGS. Indicated by The spindle assembly 20 is of the type for forming a non-circular hole 22 in the workpiece 24. In FIG. 1, a workpiece 24 is shown for an embodiment that only comprises a piston for an internal combustion engine. Non-circular hole 22 is illustrated as a pinhole for including a wrist pin (not shown) as is well known in the prior art. However, the workpiece 24 may comprise any component and is not limited to piston, engine, or even automotive applications. Rather, it can be applied to non-circular holes 22 with high precision tolerances in any field of activity.

アセンブリ20は剛性の軸状のスピンドルを含み、全体として26で示され、後端部28および成形端部30の間を軸心Aに沿って延びる。成形工具32は、スピンドルの成形端部30に近接してスピンドル26から半径方向に外側に延び、点状の切れ刃34で終端する。成形工具34は、たとえば、商業的に入手可能な任意の形状を有する着脱可能な超硬チップを備えることが可能である。図2の横断面図に示すように、成形工具32は、テーパおよびボルト装置38を介して、スピンドル26に固定される着脱可能なツールホルダ36に保持されてもよい。スピンドル26は、スピンドルの後端部28および成形端部30に近接するレンチ面40を備え、メンテナンスのために成形工具32を取りはずし、工具保持器36を交替するのを容易にする。   The assembly 20 includes a rigid shaft spindle, indicated generally at 26, and extends along an axis A between a rear end 28 and a molded end 30. The forming tool 32 extends radially outward from the spindle 26 in the vicinity of the forming end 30 of the spindle and terminates at a pointed cutting edge 34. The forming tool 34 can comprise, for example, a removable cemented carbide tip having any commercially available shape. As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the forming tool 32 may be held by a detachable tool holder 36 that is fixed to the spindle 26 via a taper and bolt device 38. The spindle 26 includes a wrench surface 40 proximate the spindle back end 28 and the forming end 30 to facilitate removal of the forming tool 32 and replacement of the tool holder 36 for maintenance.

アセンブリ20は、スピンドルの後端部28およびスピンドル26の成形端部30が中を通って延びるハウジング42をさらに含む。図2において全体として44で示される駆動モータが、ハウジング42内に配置され、スピンドルの軸心Aを中心としてスピンドル26を強制的に回転させるよう作動する。駆動モータ44は、知られているいかなる種類のものでもよく、交流または直流で作動する。あるいは、駆動モータ44は、流体で駆動するか、空気で駆動するか、または、他の任意のタイプのエネルギー源により駆動することができる。ここに示される実施例において、駆動モータ44は、ハウジング42内に固定される電気固定子46、および、スピンドル26に固定される回転子または電機子48を含む。   The assembly 20 further includes a housing 42 through which the rear end 28 of the spindle and the molded end 30 of the spindle 26 extend. A drive motor, indicated generally at 44 in FIG. 2, is disposed within the housing 42 and operates to force the spindle 26 to rotate about the spindle axis A. The drive motor 44 may be of any known type and operates with alternating current or direct current. Alternatively, the drive motor 44 can be driven by fluid, driven by air, or driven by any other type of energy source. In the illustrated embodiment, the drive motor 44 includes an electric stator 46 that is secured within the housing 42 and a rotor or armature 48 that is secured to the spindle 26.

1対の補助軸受50がハウジング42の対向する端部に支持され、スピンドル26の間に実質的なすきまを備える。補助軸受50は、後備安全機構(back up safety mechanism)としての役割を果たすので、磁気浮上型システムが故障した
場合には、いかなる構成部品も損傷せずに、高速で回転するスピンドル26は補助軸受50で安全に停止することができる。
A pair of auxiliary bearings 50 are supported on opposite ends of the housing 42 and have a substantial clearance between the spindles 26. Since the auxiliary bearing 50 serves as a back-up safety mechanism, if the magnetic levitation system fails, the spindle 26 rotating at a high speed without damaging any components is supported by the auxiliary bearing 50. 50 can be safely stopped.

ハウジング42内でスピンドル26を適切に軸方向に確実に整列するために、全体として52で示される磁気スラスト軸受が、ハウジング42およびスピンドル26の間に挿置される。磁気スラスト軸受52は、ロータディスク56の対向側に配置される2つの固定子54を備える。固定子54は、中実鋼、または、くさびの中間に半径方向溝を有する中実鋼のくさびで作製され、積層で充てんされることが可能である。固定子54はまた、コイルで充てんされ、ロータディスク56を含む領域における軸方向の力を相殺する。図示していないが、アセンブリ20はまた、スラスト軸受52と連動して作用する軸方向の位置検出器およびパワー増幅器を含むことができ、スピンドル26の軸方向の位置を決定し制御する。   In order to ensure proper axial alignment of the spindle 26 within the housing 42, a magnetic thrust bearing, indicated generally at 52, is inserted between the housing 42 and the spindle 26. The magnetic thrust bearing 52 includes two stators 54 disposed on the opposite side of the rotor disk 56. The stator 54 can be made of solid steel or a solid steel wedge with a radial groove in the middle of the wedge and can be filled with a laminate. The stator 54 is also filled with a coil and cancels the axial force in the region containing the rotor disk 56. Although not shown, assembly 20 may also include an axial position detector and power amplifier that operate in conjunction with thrust bearing 52 to determine and control the axial position of spindle 26.

次に図3を参照する。全体として58で示される第1の磁気軸受クラスタが、スピンドルの軸心Aを中心として磁気浮上式に回転させるために成形工具32に最も近くでスピンドル26を支持する。同様に、軸心Aを中心として磁気浮上式に回転させるため、全体として60で示される第2の磁気軸受クラスタが、スピンドル26を成形工具32からもう一方の側で支持するために磁気軸受クラスタ58から間隔を置いて配置される。換言すれば、第1の磁気軸受クラスタ58がスピンドル26の成形端部30に近接するのに対して、第2の磁気軸受クラスタ60がスピンドル26の後端部28に近接する。   Reference is now made to FIG. A first magnetic bearing cluster, indicated generally at 58, supports the spindle 26 closest to the forming tool 32 for magnetic levitation rotation about the spindle axis A. Similarly, a second magnetic bearing cluster, indicated generally at 60, for rotating magnetically levitated about the axis A is magnetic bearing cluster for supporting the spindle 26 on the other side from the forming tool 32. 58 spaced from each other. In other words, the first magnetic bearing cluster 58 is close to the forming end 30 of the spindle 26, while the second magnetic bearing cluster 60 is close to the rear end 28 of the spindle 26.

第1の磁気軸受クラスタ58は、軸心Aに垂直な共通面内に全体として円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの、そして、好ましくは4つの磁石固定子を含む。磁石固定子は、通常、1対の対向するX座標の磁石固定子62および62’と、1対の対向するY座標の磁石固定子の64および64’の2つ1組で配置される。X座標固定子62および62’は、軸心Aを斜めに貫通し、水平面に対して約45度の角度で向きを定められる、いわゆるX平面にそれ自体が含まれる。上側のX座標固定子62が軸心Aより上に位置するのに対して、下側のX座標固定子62’が軸心Aの下に位置する。Y座標固定子64および64’は、水平面に対して約45度である軸心Aを含む、いわゆるY平面に配置される。Y平面はX平面に垂直である。したがって、スピンドル26が第1の軸受クラスタ58および第2の軸受クラスタ60内で完全に中心におかれる場合、軸心AはX平面およびY平面の交点と一致する。X平面をY平面に固定して交差させることによって、軸受軸心Zを形成する。したがって、スピンドル26が中立で中心におかれた位置にある場合、軸受軸心Zおよび軸心Aが一致する。しかしながら、電流の変動および他の外部の衝撃によってスピンドル26が作動されるにつれて、軸心Aが移動し、固定された軸受軸心Zに対して回転する。   The first magnetic bearing cluster 58 includes at least three, and preferably four, magnetic stators that are equally spaced in a generally arcuate manner in a common plane perpendicular to the axis A. The magnet stators are typically arranged in pairs of a pair of opposing X coordinate magnet stators 62 and 62 'and a pair of opposing Y coordinate magnet stators 64 and 64'. X-coordinate stators 62 and 62 'include themselves in a so-called X-plane that penetrates the axis A diagonally and is oriented at an angle of about 45 degrees with respect to the horizontal plane. The upper X coordinate stator 62 is positioned above the axis A, while the lower X coordinate stator 62 'is positioned below the axis A. Y-coordinate stators 64 and 64 'are arranged in a so-called Y-plane that includes an axis A that is about 45 degrees with respect to the horizontal plane. The Y plane is perpendicular to the X plane. Thus, when the spindle 26 is perfectly centered within the first bearing cluster 58 and the second bearing cluster 60, the axis A coincides with the intersection of the X and Y planes. The bearing axis Z is formed by fixing the X plane to the Y plane and intersecting. Therefore, when the spindle 26 is in a neutral and centered position, the bearing axis Z and the axis A coincide. However, as spindle 26 is actuated by current fluctuations and other external shocks, axis A moves and rotates relative to a fixed bearing axis Z.

同様に、第2の磁気軸受クラスタ60は、第1の磁石軸受クラスタ58の固定子と同様に向きを定められるX座標固定子66および66’とY座標固定子68および68’とを含む。X座標固定子62、62’、66、66’はすべてX平面に置かれ、Y座標固定子64、64’、68、68’はすべてY平面に置かれる。図3において、これらの磁石固定子は、概略的にU字形の固定磁石として示される。しかしながら、実際には、これらの固定子はまた、内径に電極を有する多くの積層リングで作製されることができる。コイルが各電極の周囲に巻付けられるので、各軸受クラスタが4分割されることができる。各4分割のコイルは、単一の電磁石として機能する。記載されるように、そして、特にスピンドル26が全体として水平な状態で支持される状況において、重力反力を分配するように、4分割部が垂直面から45度に整列配置される。   Similarly, the second magnetic bearing cluster 60 includes X-coordinate stators 66 and 66 ′ and Y-coordinate stators 68 and 68 ′ that are oriented in the same manner as the stator of the first magnet bearing cluster 58. The X coordinate stators 62, 62 ', 66, 66' are all placed in the X plane, and the Y coordinate stators 64, 64 ', 68, 68' are all placed in the Y plane. In FIG. 3, these magnet stators are shown schematically as U-shaped fixed magnets. In practice, however, these stators can also be made of many laminated rings with electrodes on the inner diameter. Since the coil is wound around each electrode, each bearing cluster can be divided into four. Each of the four divided coils functions as a single electromagnet. As described and particularly in situations where the spindle 26 is supported in a generally horizontal state, the quadrant is aligned at 45 degrees from the vertical plane to distribute the gravitational reaction force.

再び図2を参照する。スピンドル26の第1の領域72に配置される第1の回転子70を含む第1の磁気軸受クラスタ58が示される。第1の回転子70は、スリーブに取り付
けられスピンドル26に嵌合される多くの積層リングから構成される。積層は、第1の磁気軸受クラスタ58の反応を向上するのに効率的である。また、第2の磁気軸受クラスタ60は、スピンドル26の第2の領域76に配置される第2の回転子74を含む。第1の回転子72および第2の回転子74は、概して構造上同一であるが、アセンブリ20への設計用途によってわずかに寸法および形状において変動してもよい。
Refer to FIG. 2 again. A first magnetic bearing cluster 58 is shown that includes a first rotor 70 disposed in a first region 72 of the spindle 26. The first rotor 70 is composed of a number of laminated rings that are attached to the sleeve and fitted to the spindle 26. Lamination is efficient to improve the response of the first magnetic bearing cluster 58. The second magnetic bearing cluster 60 also includes a second rotor 74 disposed in the second region 76 of the spindle 26. The first rotor 72 and the second rotor 74 are generally identical in structure, but may vary slightly in size and shape depending on the design application to the assembly 20.

少なくとも3つの、そして、好ましくは4つの第1の位置検出器が、軸心Aに垂直な共通面内に全体として円弧状に等しい間隔に配置され、第1の磁気軸受クラスタ58に近接して配置される。好ましくは、図3に示すように、第1の位置検出器は、1対の対向するX座標検出器78および78’を第1のX座標固定子62および62’それぞれに近接して含み、1対の対向するY座標検出器80および80’を対応するY座標固定子64および64’に隣接して含む。同様に、第2の位置検出器である対向するX座標位置検出器82および82’とY座標位置検出器84および84’とは、それぞれのX座標およびY座標固定子66、66’、68、68’に近接して配置される。スピンドル26の位置に関する情報を電圧の形で送ることによって、すべての位置検出器が作動する。通常、スピンドル26が中立にある場合に検出器がゼロ電圧を発生するように、これらの位置検出器が調整される。スピンドル26が中立位置より上に移動する場合、プラスの電圧が発生する。スピンドル26が中立位置より下に移動する場合、マイナスの電圧が結果として生じる。   At least three, and preferably four, first position detectors are arranged in a common plane perpendicular to the axis A in a generally arcuately spaced manner and close to the first magnetic bearing cluster 58. Be placed. Preferably, as shown in FIG. 3, the first position detector includes a pair of opposing X coordinate detectors 78 and 78 ′ proximate to the first X coordinate stators 62 and 62 ′, respectively. A pair of opposing Y coordinate detectors 80 and 80 'are included adjacent to the corresponding Y coordinate stators 64 and 64'. Similarly, the opposing X-coordinate position detectors 82 and 82 'and Y-coordinate position detectors 84 and 84', which are the second position detectors, are respectively connected to the X-coordinate and Y-coordinate stators 66, 66 ', and 68. , 68 ′. All position detectors are activated by sending information about the position of the spindle 26 in the form of a voltage. Typically, these position detectors are adjusted so that the detector generates a zero voltage when the spindle 26 is neutral. A positive voltage is generated when the spindle 26 moves above the neutral position. If the spindle 26 moves below the neutral position, a negative voltage results.

ラジアル軸受制御装置は第1の磁気軸受クラスタ58および第2の磁気軸受クラスタ60を別々に制御し、スピンドル26が磁気浮上式に回転する間、軸受軸心Zに対して軸心Aの半径方向位置を調整する。第1の磁気軸受クラスタ58および第2の磁気軸受クラスタ60に対するスピンドル26の位置を別々に制御することによって、成形端部30での軸心Aが調整され、高度に制御された非円形軌道Bを描くことができるようになる。成形端部30を所望に調整するために、ラジアル軸受制御装置はすべての検出器から入力を調整し、すべての軸受クラスタへ出力を出す、集中化したタイプであってもよい。   The radial bearing control device separately controls the first magnetic bearing cluster 58 and the second magnetic bearing cluster 60, and the radial direction of the axis A with respect to the bearing axis Z while the spindle 26 rotates magnetically levitated. Adjust the position. By separately controlling the position of the spindle 26 relative to the first magnetic bearing cluster 58 and the second magnetic bearing cluster 60, the axis A at the forming end 30 is adjusted and a highly controlled non-circular orbit B Will be able to draw. To adjust the molded end 30 as desired, the radial bearing controller may be of a centralized type that adjusts the input from all detectors and outputs to all bearing clusters.

あるいは、ラジアル軸受制御装置は、X軸制御装置86および分離したY軸制御装置88を含むことができる。この構成において、X軸制御装置86は、X座標位置検出器78、78’、82、82’から電圧信号を受け、たとえば切れ刃34までのアキシアル距離や軸心Aから切れ刃34まで測定される工具半径等の寸法関係を含む数学的モデルでこの情報を処理し、電流(または電圧)の要求を一体化されたか独立型の増幅器に送信する。したがって、X軸制御装置86は、複数の入力、すなわちX平面におけるあらゆる検出器からの入力を受け、X平面図におけるすべての固定子に複数の出力を出して、力学的にスピンドル26を制御する。X軸制御装置86は、アンチエリアシングフィルタと、アナログ−ディジタル変換器と、ディジタル信号処理装置と、パルス幅変調器とを含むことができる。位置検出器78、78’、82、82’からの電圧は、アンチエリアシングフィルタを通過して信号から高周波雑音を取り除く。高い周波数コンテンツが取り除かれたあと、電圧信号をディジタル信号処理装置によって処理可能な形に変換するアナログ−ディジタル変換器によって、位置信号がサンプリングされる。ついで、ディジタル情報がディジタルフィルタを通過し、既定値にしたがってスピンドル26の位置を修正または調整するのに必要とされる電流(または電圧)の量に比例した出力を出す。要求された電流は、磁気軸受クラスタ58に供給された実際の電流と比較されるが、その電流はまた送られ、選択されて、アナログ−ディジタル変換器によってサンプリングされる。実際の電流および要求された電流間の誤差は、増幅器に送信されるパルス幅変調信号を特徴づけるのに使用される。この情報は、ついで、増幅器に送信されるパルス幅変調波形を発生するパルス幅変調器に送信される。同じように、Y軸制御装置88は、Y座標検出器80、80’、84、84’から複数の入力信号を受け、第2の磁気軸受クラスタ60への出力を介して複数の修正処置をする働きをする。   Alternatively, the radial bearing control device can include an X-axis control device 86 and a separate Y-axis control device 88. In this configuration, the X-axis control device 86 receives voltage signals from the X coordinate position detectors 78, 78 ′, 82, 82 ′, and measures, for example, the axial distance from the cutting edge 34 and the axis A to the cutting edge 34. This information is processed with a mathematical model that includes dimensional relationships such as tool radius and the current (or voltage) requirements are sent to an integrated or stand-alone amplifier. Therefore, the X-axis controller 86 receives a plurality of inputs, that is, inputs from all detectors in the X plane, and outputs a plurality of outputs to all the stators in the X plane view to dynamically control the spindle 26. . The X-axis controller 86 can include an anti-aliasing filter, an analog-to-digital converter, a digital signal processor, and a pulse width modulator. The voltage from position detectors 78, 78 ', 82, 82' passes through an anti-aliasing filter to remove high frequency noise from the signal. After the high frequency content is removed, the position signal is sampled by an analog-to-digital converter that converts the voltage signal into a form that can be processed by a digital signal processor. The digital information then passes through a digital filter and produces an output proportional to the amount of current (or voltage) required to correct or adjust the position of the spindle 26 according to a predetermined value. The requested current is compared to the actual current supplied to the magnetic bearing cluster 58, but that current is also sent, selected and sampled by an analog-to-digital converter. The error between the actual current and the requested current is used to characterize the pulse width modulated signal transmitted to the amplifier. This information is then transmitted to a pulse width modulator that generates a pulse width modulated waveform that is transmitted to the amplifier. Similarly, the Y-axis controller 88 receives a plurality of input signals from the Y coordinate detectors 80, 80 ′, 84, 84 ′ and performs a plurality of corrective actions via the output to the second magnetic bearing cluster 60. To work.

X軸制御装置86およびY軸制御装置88は、A級チューニング(Class A tuning)、またはB級チューニング(Class B tuning)のどちらにも設計可能である。B級チューニングでは、X軸制御装置86によって各X座標固定子62、62’、66、66’に送られた電流供給は、それぞれの対向する固定子間で非線形に比例して増加して変動する。B級チューニングのこの方法は、軌道Bの形状の生成の自由度をより高めるのに有用であり、また、軸受の中心から離れて大きく動くときに、スピンドル26の剛性および安定性を制御するのに役立つ。   The X-axis control device 86 and the Y-axis control device 88 can be designed for either class A tuning (Class A tuning) or class B tuning (Class B tuning). In the class B tuning, the current supply sent to the X coordinate stators 62, 62 ′, 66, 66 ′ by the X axis control device 86 increases and varies in a non-linear proportion between the opposing stators. To do. This method of class B tuning is useful for increasing the degree of freedom in generating the shape of the track B and also controls the rigidity and stability of the spindle 26 as it moves significantly away from the center of the bearing. To help.

スピンドル26をより強く制御するために、スラスト軸受制御装置89が選択的に構成可能である。スラスト軸受制御装置89は、上述のように、軸方向の位置検出器(図示せず)からの入力を受け、磁気スラスト軸受52に修正出力を出す。この場合、図3に示すように、ラジアル軸受62、64、66、68と一緒に磁気スラスト軸受52を意図的に作動するように、スラスト軸受制御装置89がX軸制御装置58およびY軸制御装置60に伝達可能である。あるいは、単一端末から軸受すべてを制御する集中化した軸受制御装置の実施形態において、ラジアル軸受およびスラスト軸受をこのように調整して制御することができる。   A thrust bearing controller 89 can be selectively configured to control the spindle 26 more strongly. As described above, the thrust bearing controller 89 receives an input from an axial position detector (not shown) and outputs a corrected output to the magnetic thrust bearing 52. In this case, as shown in FIG. 3, the thrust bearing control device 89 is controlled by the X-axis control device 58 and the Y-axis control so as to intentionally operate the magnetic thrust bearing 52 together with the radial bearings 62, 64, 66, 68. It can be transmitted to the device 60. Alternatively, in a centralized bearing controller embodiment that controls all bearings from a single end, the radial and thrust bearings can be adjusted and controlled in this way.

次に図4を参照する。軌道Bを中心として軸心Aが動くときの成形工具32の動きを示す。示される成形工具32は中実であり、軸受軸心Zからずれているスピンドルの軸心Aを備える。切れ刃34が加工物24の非円形孔22と接触する点によって、評価の基準が定まる。軸受軸心Zから切れ刃34まで引かれる線は、形状半径90を備える。軸受軸心Zから軸心Aまで引かれる線は、軌道半径92を備える。軸心Aから切れ刃34まで引かれる線は、工具半径94を備える。本発明の好ましい実施形態において、傾斜角、すなわち、軌道B上の接線96に対する工具半径94の角度は一定のままであり、成形操作全体を通して直角であるのが好ましい。工具半径94はまた、孔22との接点で引かれる接線98に対して直角のままである。図4において仮想的に示すように、軌道Bの周囲の軸心Aの動きの全体を通して、この傾斜角は、一定の(consistent)ままである。複数の入力および複数の出力(multiple input−multiple output)を制御するストラテジーを使用して、第1の磁気軸受クラスタ58および磁気軸受クラスタ60を調整して制御することは、このように保たれる連続的な傾斜角を達成するのに必要となる。形状半径90および軌道半径92の間の角度100が軌道のサイクル全体にわたって正および負の数値間を変動する場合であっても、この連続的な、好ましくは直角の傾斜角が保たれる。X軸制御装置86およびY軸制御装置88を用いて、それぞれ第1の磁気軸受クラスタ58および第2の磁気軸受クラスタ60を制御することによって、切れ刃34および軌道B間の連続した傾斜角を保つことができ、そのため、非円形の孔22が高精度に成形可能となる。また、軌道Bに沿ってあらゆる点で傾斜角を保つことによって、アセンブリ20がより高速の回転速度で、かつより高いスピンドル安定性で作動することができるのは、成形工具32からの反力がほとんど変動しないからである。もちろん、最適な傾斜角が90°以外のものであってもよく、成形サイクル全体にわたって最適角度を保つように、制御装置86および86’がプログラムされることができる。   Reference is now made to FIG. The movement of the forming tool 32 when the axis A moves around the track B is shown. The forming tool 32 shown is solid and comprises a spindle axis A which is offset from the bearing axis Z. The point of evaluation is determined by the point where the cutting edge 34 contacts the non-circular hole 22 of the workpiece 24. The line drawn from the bearing axis Z to the cutting edge 34 has a shape radius 90. The line drawn from the bearing axis Z to the axis A has a track radius 92. The line drawn from the axis A to the cutting edge 34 has a tool radius 94. In a preferred embodiment of the present invention, the angle of inclination, ie the angle of the tool radius 94 with respect to the tangent 96 on the track B, remains constant and is preferably at right angles throughout the forming operation. The tool radius 94 also remains perpendicular to the tangent line 98 drawn at the point of contact with the hole 22. As shown virtually in FIG. 4, this tilt angle remains consistent throughout the movement of the axis A around the trajectory B. Adjusting and controlling the first magnetic bearing cluster 58 and the magnetic bearing cluster 60 using a strategy that controls multiple inputs and multiple outputs is thus maintained. It is necessary to achieve a continuous tilt angle. Even if the angle 100 between the shape radius 90 and the trajectory radius 92 varies between positive and negative values throughout the trajectory cycle, this continuous, preferably right-angle tilt angle is maintained. By using the X-axis controller 86 and the Y-axis controller 88 to control the first magnetic bearing cluster 58 and the second magnetic bearing cluster 60, respectively, a continuous inclination angle between the cutting edge 34 and the track B can be obtained. Therefore, the non-circular hole 22 can be formed with high accuracy. Also, keeping the tilt angle at all points along the trajectory B allows the assembly 20 to operate at higher rotational speeds and higher spindle stability because the reaction force from the forming tool 32 is This is because it hardly fluctuates. Of course, the optimum tilt angle may be other than 90 ° and the controllers 86 and 86 'can be programmed to maintain the optimum angle throughout the molding cycle.

スピンドル26の角位置、およびその結果として軸心Aに対する成形工具32の位置を決定するための、ロータリエンコーダ102の形の回転位置検出器が、図3において概略的に図示される。ロータリエンコーダ102は、X軸制御装置86およびY軸制御装置88と通信し、第1の磁気軸受クラスタ58および第2の磁気軸受クラスタ60を調整することが可能となる。成形工具32が軸心Aを中心として1回転を終えると同時に、スピンドル26の成形端部30が軌道Bの周囲を1周し終えるような方法で、これらの制御装置86および88は、成形工具32を制御するのが好ましい。このことによって、軌道Bを完全に掃引することにより最適に傾斜角を保つことが容易となる。しかしながら、複雑な
孔22の形状のために、スピンドル26が移動する間に孔22の表面から成形工具32を持上げる必要があり得る。したがって、複雑な孔の形状によって、軌道Bを中心とする1周ごとに対して、成形工具32を複数回転させる必要があり得る。
A rotational position detector in the form of a rotary encoder 102 for determining the angular position of the spindle 26 and consequently the position of the forming tool 32 with respect to the axis A is schematically illustrated in FIG. The rotary encoder 102 can communicate with the X-axis control device 86 and the Y-axis control device 88 to adjust the first magnetic bearing cluster 58 and the second magnetic bearing cluster 60. These control devices 86 and 88 are designed so that the forming tool 32 completes one revolution around the axis A and at the same time the forming end 30 of the spindle 26 completes one turn around the track B. 32 is preferably controlled. This makes it easy to maintain the optimum tilt angle by sweeping the trajectory B completely. However, due to the complex shape of the hole 22, it may be necessary to lift the forming tool 32 from the surface of the hole 22 as the spindle 26 moves. Therefore, it may be necessary to rotate the forming tool 32 a plurality of times for each round around the track B depending on the shape of the complicated hole.

軸方向の動作制御装置は、図1において104で概略的に示される。軸方向動作制御器104は、概して軸心Aと平行の方向に成形工具32を加工物24に移動させると同時に、成形工具32が非円形の孔22を形成する。同時に、制御装置86および88が、磁気軸受クラスタ58および60を作動させ、その結果、加工物24の孔22の軸方向の軌道を寸法的に変動する。軸方向動作制御装置104は、固定された加工物24を保持しスピンドルアセンブリ20を移動させることにより作動可能であり、または、図1に示すように、固定されたスピンドルアセンブリ20に対して移動する加工物保持器106を含んでもよい。あるいは、両方の構成部品は、同時に移動可能である。   The axial motion control device is shown schematically at 104 in FIG. The axial motion controller 104 moves the forming tool 32 to the workpiece 24 in a direction generally parallel to the axis A, while the forming tool 32 forms the non-circular hole 22. At the same time, the controllers 86 and 88 actuate the magnetic bearing clusters 58 and 60, resulting in a dimensional variation in the axial trajectory of the hole 22 in the workpiece 24. The axial motion control device 104 is operable by holding the fixed workpiece 24 and moving the spindle assembly 20 or moves relative to the fixed spindle assembly 20 as shown in FIG. A workpiece holder 106 may be included. Alternatively, both components can move simultaneously.

軸、または連続的に変動する軌道Bに結びつけられる軸方向の動きを組合せることによって、図5に示されるような幾何学的に複雑な形状を作成することが可能となる。この場合、孔22は加工物24の開口部で概して楕円断面を有して示され、ここにおいて楕円部は概して垂直の長軸108を有する。孔22が加工物24の中により深く延びるにつれて、楕円部の寸法は減少しつつ、長軸108が時計回り方向に回転する。このことは、中間点110での仮想の楕円横断面図によって示される。孔22が続いて加工物24の中により深く延びるにつれて、孔22の形状が拡大する一方で、終端点112に達するまで長軸108が続いて時計回りに回転し、ここでは楕円形状の長軸108が次には概して水平となる。加工物24の孔22の複雑であり寸法的に変動する軸方向の軌道は、図5に示される構成に限定されない。たとえば、図6は、2つのローブのある(2−lobed)カム状の形状をした非楕円形状の不規則な孔22’を示す。あるいは、図7は、孔22’’の複数のローブのある(multi−lobed)形状を示す。当業者には明らかなように、主題のスピンドルアセンブリ20と制御装置86および88の複数の入力と複数の出力を制御するストラテジーとを使用して、あらゆる幾何学的に考え得る形状をほとんど作成することができる。   By combining axial movements associated with an axis or a continuously varying trajectory B, it is possible to create geometrically complex shapes as shown in FIG. In this case, the hole 22 is shown having a generally elliptical cross section at the opening of the workpiece 24, where the ellipse has a generally vertical major axis 108. As the hole 22 extends deeper into the workpiece 24, the major axis 108 rotates in a clockwise direction while the size of the ellipse decreases. This is illustrated by a virtual elliptical cross-sectional view at midpoint 110. As the hole 22 continues to extend deeper into the workpiece 24, the shape of the hole 22 expands, while the major axis 108 continues to rotate clockwise until the end point 112 is reached, where the elliptical major axis 108 then becomes generally horizontal. The complex and dimensionally varying axial trajectory of the hole 22 in the workpiece 24 is not limited to the configuration shown in FIG. For example, FIG. 6 shows a non-elliptical irregular hole 22 'in the form of a 2-lobed cam. Alternatively, FIG. 7 shows a multi-lobed shape of the hole 22 ″. As will be apparent to those skilled in the art, the subject spindle assembly 20 and the multiple inputs and outputs of the controllers 86 and 88 are used to create almost any geometrically conceivable shape. be able to.

図8および図9は、2つ以上の切れ刃34’を使用可能な成形工具32’の様々な代替装置を示す。あるいは、切れ刃34’’は、研削ディスクまたは研削ホイールの形(図示せず)で連続的に成形端部30’’の周囲に延びることができる。   Figures 8 and 9 show various alternatives to the forming tool 32 'that can use more than one cutting edge 34'. Alternatively, the cutting edge 34 "can extend continuously around the shaped end 30" in the form of a grinding disk or grinding wheel (not shown).

図10および図11は、理論上の円114および116による末端スピンドル26の配向の可能性を示し、それぞれ第1の磁気軸受クラスタ58および第2の磁気軸受クラスタ60内におけるスピンドル26の第1の領域72および第2の領域76の最大限の可動域を示す。切れ刃34の切断半径は、仮想の理論上の円118によって示される。明らかなように、記載される可能な運動範囲内で作動する制御装置86および88によって配置される複数の入力と複数の出力を制御するストラテジーによって、連続的にアキシアル方向に変動し得る無限の種類の孔22の形状が使用可能となる。かつ、この制御ストラテジーは、高速の製造作業に容易に適応可能である。たとえば、高速の製造作業において、スピンドル26が10,000回転数/分よりも高速に駆動する。   10 and 11 illustrate the possibility of orientation of the end spindle 26 by the theoretical circles 114 and 116, and the first of the spindle 26 in the first magnetic bearing cluster 58 and the second magnetic bearing cluster 60, respectively. The maximum range of motion of region 72 and second region 76 is shown. The cutting radius of the cutting edge 34 is indicated by a virtual theoretical circle 118. As will be apparent, an infinite variety that can vary continuously in the axial direction by a strategy that controls multiple inputs and multiple outputs arranged by the controllers 86 and 88 operating within the possible range of motion described. The shape of the hole 22 can be used. And this control strategy can be easily adapted to high-speed manufacturing operations. For example, in a high-speed manufacturing operation, the spindle 26 is driven at a speed higher than 10,000 rpm.

この発明の例示的実施形態がより従来の意味において孔の形成と関連して記載されたにもかかわらず、当業者には明らかなように、これらの新規な技術は外表面に実行することができる。したがって、おす部の数に成形工具34を直接変形するだけで、非円形の表面を成形することが可能である。それゆえに、本発明は、寸法的に変動する軌道を備える孔および非丸形の形状を必要とする孔およびピン状の特徴部に等しい効果で使用可能な、表面成形の方法および装置を意図するものである。   Despite the fact that exemplary embodiments of the invention have been described in the more conventional sense in connection with pore formation, it will be apparent to those skilled in the art that these novel techniques can be performed on the outer surface. it can. Therefore, it is possible to form a non-circular surface only by directly deforming the forming tool 34 to the number of male parts. Therefore, the present invention contemplates a surface molding method and apparatus that can be used with the same effect on holes with dimensionally varying tracks and holes and pin-like features that require non-round shapes. Is.

明らかに、上述の教示を考慮して、本発明の数多くの変形および変更を行うことは可能である。それゆえに、添付の請求の範囲を逸脱することなく、本発明は、特にここに記載したもの以外でも実施可能であることが理解されるであろう。   Obviously, many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. Therefore, it will be appreciated that the invention may be practiced otherwise than as specifically described herein without departing from the scope of the appended claims.

本発明は、請求項によって定められる。   The invention is defined by the claims.

主題発明によるスピンドルアセンブリ、および、孔を形成する操作のために用意されたピストン加工物の概略正面図である。FIG. 2 is a schematic front view of a spindle assembly according to the subject invention and a piston workpiece prepared for manipulation to form a hole. 本発明による磁気浮上型高速スピンドルアセンブリの概略横断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a magnetically levitated high speed spindle assembly according to the present invention. 磁石固定子のためのそれぞれのラジアル軸受制御装置と、それぞれのX座標面およびY座標面における位置検出器とを備える、第1および第2の磁気軸受クラスタの間を磁気的に浮上する、主題発明によるスピンドルを示す概略図である。A magnetically levitating between a first and a second magnetic bearing cluster comprising a respective radial bearing controller for the magnet stator and a position detector in the respective X and Y coordinate planes 1 is a schematic diagram showing a spindle according to the invention. 軌道の周りの様々な位置を仮想的に示す、成形工具を用いて加工物に形成される非円形の孔の拡大横断面図である。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a non-circular hole formed in a workpiece using a forming tool, virtually showing various positions around the track. 連続的に軸方向に変動する軌道が成形工具によって作製される、加工物の典型的な孔のジオメトリーを示す概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view showing a typical hole geometry of a workpiece, where a continuously axially varying track is created by a forming tool. 2つの不規則なローブを有する別の例示的な非円形の孔のジオメトリーを示す。Fig. 5 shows another exemplary non-circular hole geometry with two irregular lobes. 複数のローブを有するさらに別の非円形の孔のジオメトリーをさらに示す、図6に類似した図である。FIG. 7 is a view similar to FIG. 6 further illustrating the geometry of yet another non-circular hole having a plurality of lobes. 2つの対向する切れ刃を含む、代替成形工具の構成の端面図である。FIG. 5 is an end view of an alternative forming tool configuration including two opposing cutting edges. 複数の切れ刃を含む成形工具のさらに別の代替実施形態をさらに示す、図8に類似した端面図である。FIG. 9 is an end view similar to FIG. 8 further illustrating yet another alternative embodiment of a forming tool including a plurality of cutting edges. スピンドルの軸心がその軌道全体にわたって平行なままである状況の、第1および第2の磁気軸受クラスタ内における上側および下側の軌道の範囲を示す、スピンドルアセンブリの概略図である。FIG. 3 is a schematic view of a spindle assembly showing the range of upper and lower trajectories in the first and second magnetic bearing clusters in a situation where the spindle axis remains parallel throughout its trajectory. 反対側の末端の限度で第1および第2の磁気軸受クラスタによってスピンドルが制御される場合の、軌道の末端部の範囲を示す、図10に類似した図である。FIG. 11 is a view similar to FIG. 10 showing the extent of the end of the track when the spindle is controlled by the first and second magnetic bearing clusters at opposite end limits.

Claims (74)

寸法的に変動する軸方向の軌道のある非円形の孔を加工物に形成するための磁気浮上式の高速スピンドルアセンブリであって、前記アセンブリは、
長手方向に延びる軸心を画定し、かつその成形端部で固定される成形工具を有するスピンドルと、
前記軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、前記成形工具に近接して前記スピンドルを支持する第1の磁気軸受クラスタと、
前記軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、前記第1の磁気軸受クラスタから間隔を置いて配置され、前記成形工具から離れた位置で前記スピンドルを支持する第2の磁気軸受クラスタと、
前記第1の磁気軸受クラスタおよび前記第2の磁気軸受クラスタを別々に制御して、前記スピンドルが磁気浮上式に回転する間に前記軸心の半径方向位置を調整し、このことにより、所定の非円形の軌道における前記成形端部で前記軸心を移動させるラジアル軸受制御装置と、
加工物に対して前記軸心に沿って前記成形工具を動かしつつ、同時に前記軌道の形状を変え、それによって、連続的に軸方向に変動する軌道を持つ非円形の孔を、加工物に高速かつ高精度で形成することが可能となる軸方向の動作制御装置と、
を備える、アセンブリ。
A magnetically levitated high speed spindle assembly for forming a non-circular hole in a workpiece with a dimensionally varying axial trajectory, the assembly comprising:
A spindle defining a longitudinally extending axis and having a forming tool secured at its forming end;
A first magnetic bearing cluster for supporting the spindle proximate to the forming tool to rotate in a magnetically levitated manner about the axis;
A second magnetic bearing cluster disposed at a distance from the first magnetic bearing cluster and supporting the spindle at a position away from the forming tool for rotating in a magnetically levitated manner about the axis; ,
The first magnetic bearing cluster and the second magnetic bearing cluster are separately controlled to adjust the radial position of the shaft center while the spindle rotates in a magnetically levitated manner. A radial bearing control device for moving the axis at the molded end in a non-circular track;
While moving the forming tool along the axis with respect to the workpiece, the shape of the track is changed at the same time, thereby creating a non-circular hole with a continuously varying axial track in the workpiece at high speed. And an axial motion control device that can be formed with high precision,
An assembly comprising:
前記第1の磁気軸受クラスタは、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの磁石固定子を含む、請求項1に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 1, wherein the first magnetic bearing cluster includes at least three magnet stators that are equally spaced in a generally arcuate manner in a common plane about the axis. 前記第1の磁気軸受クラスタの前記少なくとも3つの磁石固定子に近接して、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの第1の位置検出器をさらに含む、請求項2に記載のアセンブリ。   And at least three first position detectors disposed in the common plane, centered on the axis, and spaced generally equidistantly in proximity to the at least three magnet stators of the first magnetic bearing cluster. The assembly of claim 2, comprising: 前記第2の磁気軸受クラスタは、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの磁石固定子を含む、請求項3に記載のアセンブリ。   4. The assembly of claim 3, wherein the second magnetic bearing cluster includes at least three magnet stators that are equally spaced in a generally arcuate manner in a common plane about the axis. 前記第2の磁気軸受クラスタの前記少なくとも3つの磁石固定子に近接して、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの第2の位置検出器をさらに含む、請求項4に記載のアセンブリ。   And at least three second position detectors disposed in the common plane and generally spaced apart in a generally arcuate manner about the axis and in proximity to the at least three magnet stators of the second magnetic bearing cluster. The assembly of claim 4 comprising: 前記第1の磁気軸受クラスタは、1対の対向するX座標磁石固定子および1対の対向するY座標磁石固定子を含み、前記X座標磁石固定子は、前記Y座標磁石固定子の間にかつ概して共面に間隔を置いて配置される、請求項1に記載のアセンブリ。   The first magnetic bearing cluster includes a pair of opposing X coordinate magnet stators and a pair of opposing Y coordinate magnet stators, the X coordinate magnet stator being between the Y coordinate magnet stators. 2. The assembly of claim 1, wherein the assemblies are generally coplanar and spaced apart. 前記ラジアル軸受制御装置は、前記第1の磁気軸受クラスタの前記1対の対向するX座標磁石固定子に近接する1対の対向するX座標位置検出器と、前記第1の磁気軸受クラスタの前記1対の対向するY座標磁石固定子に近接する1対の対向するY座標位置検出器とを含む、請求項6に記載のアセンブリ。   The radial bearing control device includes a pair of opposed X coordinate position detectors proximate to the pair of opposed X coordinate magnet stators of the first magnetic bearing cluster, and the first magnetic bearing cluster of the first magnetic bearing cluster. The assembly of claim 6 including a pair of opposing Y coordinate position detectors proximate to the pair of opposing Y coordinate magnet stators. 前記第1の磁気軸受クラスタは、対応する前記X座標磁石固定子および前記Y座標磁石固定子の間に形成される前記共通面内にある前記スピンドルの第1の領域に配置される第1の回転子を含む、請求項7に記載のアセンブリ。   The first magnetic bearing cluster is disposed in a first region of the spindle in the common plane formed between the corresponding X coordinate magnet stator and the Y coordinate magnet stator. The assembly of claim 7 including a rotor. 前記第2の磁気軸受クラスタは、1対の対向するX座標磁石固定子および1対の対向す
るY座標磁石固定子を含み、前記X座標磁石固定子は、前記対向するY座標磁石固定子の間に間隔を置いて配置されかつ概して共面である、請求項8に記載のアセンブリ。
The second magnetic bearing cluster includes a pair of opposing X-coordinate magnet stators and a pair of opposing Y-coordinate magnet stators, the X-coordinate magnet stators comprising the opposing Y-coordinate magnet stators. 9. The assembly of claim 8, wherein the assembly is spaced apart and generally coplanar.
前記ラジアル軸受制御装置は、前記第2の磁気軸受クラスタの前記1対の対向するX座標磁石固定子に近接する1対の対向するX座標位置検出器と、前記第2の磁気軸受クラスタの前記1対の対向するY座標磁石固定子に近接する1対の対向するY座標位置検出器とを含む、請求項9に記載のアセンブリ。   The radial bearing control device includes a pair of opposed X coordinate position detectors proximate to the pair of opposed X coordinate magnet stators of the second magnetic bearing cluster, and the second magnetic bearing cluster of the second magnetic bearing cluster. 10. The assembly of claim 9, comprising a pair of opposing Y coordinate position detectors proximate to the pair of opposing Y coordinate magnet stators. 前記第2の磁気軸受クラスタは、対応する前記X座標磁石固定子および前記Y座標磁石固定子の間に形成される前記共通面内にある前記スピンドルの第2の領域に配置される第2の回転子を含む、請求項10に記載のアセンブリ。   The second magnetic bearing cluster is disposed in a second region of the spindle in the common plane formed between the corresponding X coordinate magnet stator and the Y coordinate magnet stator. The assembly of claim 10 including a rotor. 前記ラジアル軸受制御装置は、前記第1の軸受クラスタの各前記1対のX座標磁石への電流の供給を非線形に等しく比例するように変動させるための、可変の電流発生装置を含む、請求項9に記載のアセンブリ。   The radial bearing controller includes a variable current generator for varying the supply of current to each of the pair of X coordinate magnets of the first bearing cluster in a non-linearly proportional manner. The assembly according to claim 9. 前記軸方向の動作制御装置は加工物保持器を含む、請求項1に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 1, wherein the axial motion control device includes a workpiece holder. 前記軸心を中心として前記成形工具の角位置を決定するための回転位置検出器をさらに含む、請求項1に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 1, further comprising a rotational position detector for determining an angular position of the forming tool about the axis. 前記成形工具が軸心を中心として1回転し終えると同時に、成形端部が軌道の周囲を1周し終える、請求項14に記載のアセンブリ。   15. An assembly according to claim 14, wherein the forming end has finished one revolution around the track at the same time as the forming tool has completed one revolution about the axis. 前記成形工具は、前記軸心を中心として概して円弧状に等しく配置される複数の点状の切れ刃で終端する、請求項1に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 1, wherein the forming tool terminates in a plurality of point-like cutting edges that are equally spaced in a generally arcuate manner about the axis. 前記成形工具は1つの点状の切れ刃で終端する、請求項1に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 1, wherein the forming tool terminates with a single pointed cutting edge. 前記切れ刃および前記軌道間の連続した傾斜角を保つための切れ刃制御装置であって、前記傾斜角は、前記軸心から前記切れ刃まで延びる半径、および、前記軌道に沿った任意の点に対する接線の間の角度によって定められる最適な切削角を備える切れ刃制御装置をさらに含む、請求項17に記載のアセンブリ。   A cutting edge control device for maintaining a continuous inclination angle between the cutting edge and the track, wherein the inclination angle is a radius extending from the axis to the cutting edge, and an arbitrary point along the track 18. The assembly of claim 17, further comprising a cutting edge control device with an optimum cutting angle defined by the angle between tangents to. 前記傾斜角は実質的に直角である、請求項18に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 18, wherein the tilt angle is substantially perpendicular. 前記軌道は不規則な形状である、請求項18に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 18, wherein the track is an irregular shape. ハウジングをさらに含む、請求項1に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 1, further comprising a housing. 前記ハウジングに対する前記スピンドルの軸方向の動き制限するために、前記スピンドルに関連付けられる磁気スラスト軸受をさらに含む、請求項21に記載のアセンブリ。   24. The assembly of claim 21, further comprising a magnetic thrust bearing associated with the spindle to limit axial movement of the spindle relative to the housing. 前記軸心を中心として強制的に前記スピンドルを回転させるために、前記ハウジング内に配置される駆動モータをさらに含む、請求項21に記載のアセンブリ。   24. The assembly of claim 21, further comprising a drive motor disposed within the housing for forcibly rotating the spindle about the axis. 前記ハウジングは少なくとも2つの補助軸受を含む、請求項21に記載のアセンブリ。   The assembly of claim 21, wherein the housing includes at least two auxiliary bearings. 加工物に非円形の表面を形成するための磁気浮上式の高速スピンドルアセンブリであって、前記アセンブリは、
後端部および成形端部の間を軸心に沿って延びる細長いスピンドルと、
前記成形端部に近接する前記スピンドルから半径方向に外側に延び、点状の切れ刃で終端する成形工具と、
前記軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、前記成形端部に近接する前記スピンドルを支持する第1の磁気軸受クラスタと、
前記軸心を中心として磁気浮上式に回転するために、前記第1の磁気軸受クラスタから間隔を置いて配置され、前記成形端部から離れた位置で前記スピンドルを支持する第2の磁気軸受クラスタと、
前記第1の磁気軸受クラスタおよび前記第2の磁気軸受クラスタを別々に制御して、前記スピンドルが磁気浮上式に回転する間に前記軸心の半径方向位置を調整し、所定の非円形の軌道で前記成形端部を移動させ、そのため、前記切れ刃は加工物に、対応する非円形の孔を形成することとなるラジアル軸受制御装置と、
前記切れ刃および前記軌道間の連続した傾斜角を保つための切れ刃制御装置であって、前記傾斜角は、前記軸心から前記切れ刃まで延びる半径、および、前記軌道に沿った任意の点に対する接線の間の角度によって定められる最適な切削角を備え、それによって、非円形の孔が改良された精度によって成形可能となり、前記アセンブリが高速の回転速度かつより高いスピンドル安定性で作動可能となる切れ刃制御装置と、
を備える、アセンブリ。
A magnetically levitated high speed spindle assembly for forming a non-circular surface on a workpiece, the assembly comprising:
An elongated spindle extending along the axis between the rear end and the molded end;
A molding tool extending radially outward from the spindle proximate to the molding end and terminating in a point-like cutting edge;
A first magnetic bearing cluster that supports the spindle proximate to the molded end for rotating in a magnetically levitated manner about the axis;
A second magnetic bearing cluster that is spaced apart from the first magnetic bearing cluster and supports the spindle at a position away from the forming end for rotation in a magnetically levitated manner about the axis. When,
The first magnetic bearing cluster and the second magnetic bearing cluster are separately controlled to adjust the radial position of the shaft center while the spindle rotates in a magnetically levitated manner, so that a predetermined non-circular orbit is obtained. The molding end, so that the cutting edge forms a corresponding non-circular hole in the workpiece, and a radial bearing control device,
A cutting edge control device for maintaining a continuous inclination angle between the cutting edge and the track, wherein the inclination angle is a radius extending from the axis to the cutting edge, and an arbitrary point along the track With an optimum cutting angle defined by the angle between the tangent to the non-circular hole can be formed with improved accuracy, allowing the assembly to operate at higher rotational speeds and higher spindle stability A cutting edge control device,
An assembly comprising:
前記傾斜角は実質的に直角である、請求項25に記載のアセンブリ。   26. The assembly of claim 25, wherein the tilt angle is substantially perpendicular. 前記軌道は不規則な形状である、請求項25に記載のアセンブリ。   26. The assembly of claim 25, wherein the track is an irregular shape. 前記第1の磁気軸受クラスタは、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの磁石固定子を含む、請求項25に記載のアセンブリ。   26. The assembly of claim 25, wherein the first magnetic bearing cluster includes at least three magnet stators that are equally spaced in a generally arcuate manner in a common plane about the axis. 前記第1の磁気軸受クラスタの前記少なくとも3つの磁石固定子に近接して、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの第1の位置検出器をさらに含む、請求項28に記載のアセンブリ。   And at least three first position detectors disposed in the common plane, centered on the axis, and spaced generally equidistantly in proximity to the at least three magnet stators of the first magnetic bearing cluster. 30. The assembly of claim 28, comprising. 前記第2の磁気軸受クラスタは、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの磁石固定子を含む、請求項29に記載のアセンブリ。   30. The assembly of claim 29, wherein the second magnetic bearing cluster includes at least three magnet stators that are equally spaced in a generally arcuate manner in a common plane about the axis. 前記第2の磁気軸受クラスタの前記少なくとも3つの磁石固定子に近接して、前記軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの第2の位置検出器をさらに含む、請求項30に記載のアセンブリ。   And at least three second position detectors disposed in the common plane and generally spaced apart in a generally arcuate manner about the axis and in proximity to the at least three magnet stators of the second magnetic bearing cluster. 32. The assembly of claim 30, comprising. 前記第1の磁気軸受クラスタは、1対の対向するX座標磁石固定子および1対の対向するY座標磁石固定子を含み、前記X座標磁石固定子は、前記Y座標磁石固定子の間に間隔を置いて配置されかつ概して共面である、請求項25に記載のアセンブリ。   The first magnetic bearing cluster includes a pair of opposing X coordinate magnet stators and a pair of opposing Y coordinate magnet stators, the X coordinate magnet stator being between the Y coordinate magnet stators. 26. The assembly of claim 25, spaced apart and generally coplanar. 前記ラジアル軸受制御装置は、前記第1の磁気軸受クラスタの前記1対の対向するX座標磁石固定子に近接する1対の対向するX座標位置検出器と、前記第1の磁気軸受クラスタの前記1対の対向するY座標磁石固定子に近接する1対の対向するY座標位置検出器とを含む、請求項32に記載のアセンブリ。   The radial bearing control device includes a pair of opposed X coordinate position detectors proximate to the pair of opposed X coordinate magnet stators of the first magnetic bearing cluster, and the first magnetic bearing cluster of the first magnetic bearing cluster. 35. The assembly of claim 32, comprising a pair of opposing Y coordinate position detectors proximate to the pair of opposing Y coordinate magnet stators. 前記第1の磁気軸受クラスタは、対応する前記X座標磁石固定子および前記Y座標磁石固定子の間に形成される前記共通面内にある前記スピンドルの第1の領域に配置される第
1の回転子を含む、請求項33に記載のアセンブリ。
The first magnetic bearing cluster is disposed in a first region of the spindle in the common plane formed between the corresponding X coordinate magnet stator and the Y coordinate magnet stator. 34. The assembly of claim 33, comprising a rotor.
前記第2の磁気軸受クラスタは、1対の対向するX座標磁石固定子および1対の対向するY座標磁石固定子を含み、前記X座標磁石固定子は、前記対向するY座標磁石固定子の間にかつ概して共面に間隔を置いて配置される、請求項34に記載のアセンブリ。   The second magnetic bearing cluster includes a pair of opposing X-coordinate magnet stators and a pair of opposing Y-coordinate magnet stators, the X-coordinate magnet stators comprising the opposing Y-coordinate magnet stators. 35. The assembly of claim 34, disposed between and generally coplanarly spaced. 前記ラジアル軸受制御装置は、前記第2の磁気軸受クラスタの前記1対の対向するX座標磁石固定子に近接する1対の対向するX座標位置検出器と、前記第2の磁気軸受クラスタの前記1対の対向するY座標磁石固定子に近接する1対の対向するY座標位置検出器とを含む、請求項35に記載のアセンブリ。   The radial bearing control device includes a pair of opposed X coordinate position detectors proximate to the pair of opposed X coordinate magnet stators of the second magnetic bearing cluster, and the second magnetic bearing cluster of the second magnetic bearing cluster. 36. The assembly of claim 35, comprising a pair of opposing Y coordinate position detectors proximate to the pair of opposing Y coordinate magnet stators. 前記第2の磁気軸受クラスタは、対応する前記X座標磁石固定子および前記Y座標磁石固定子の間に形成される前記共通面内にある前記スピンドルの第2の領域に配置される第2の回転子を含む、請求項36に記載のアセンブリ。   The second magnetic bearing cluster is disposed in a second region of the spindle in the common plane formed between the corresponding X coordinate magnet stator and the Y coordinate magnet stator. 38. The assembly of claim 36, comprising a rotor. 前記ラジアル軸受制御装置は、前記第1の軸受クラスタの各前記1対のX座標磁石への電流の供給を非線形に等しく比例するように変動させるための、可変の電流発生装置を含む、請求項35に記載のアセンブリ。   The radial bearing controller includes a variable current generator for varying the supply of current to each of the pair of X coordinate magnets of the first bearing cluster in a non-linearly proportional manner. 36. The assembly according to 35. 前記軸心を中心として前記成形工具の角位置を決定するための、回転位置検出器をさらに含む、請求項25に記載のアセンブリ。   26. The assembly of claim 25, further comprising a rotational position detector for determining an angular position of the forming tool about the axis. 前記成形工具が軸心を中心として1回転し終えると同時に、成形端部が軌道の周囲を1周し終える、請求項39に記載のアセンブリ。   40. The assembly of claim 39, wherein the forming end has completed one revolution around the track at the same time as the forming tool has completed one revolution about the axis. 加工物に対して前記軸心に沿って前記成形工具を動かしつつ、同時に前記軌道の形状を変え、それによって、連続的に軸方向に変動する軌道を持つ非円形の孔を、加工物に高速かつ高精度で形成することが可能となる軸方向の動作制御装置をさらに含む、請求項25に記載のアセンブリ。   While moving the forming tool along the axis with respect to the workpiece, the shape of the track is changed at the same time, thereby creating a non-circular hole with a continuously varying axial track in the workpiece at high speed. 26. The assembly of claim 25, further comprising an axial motion control device that can be formed with high precision. 前記軸方向の動作制御装置は加工物保持器を含む、請求項41に記載のアセンブリ。   42. The assembly of claim 41, wherein the axial motion control device includes a workpiece holder. ハウジングをさらに含む、請求項25に記載のアセンブリ。   26. The assembly of claim 25, further comprising a housing. 前記ハウジングに対する前記スピンドルの軸方向の動き制限するために、前記スピンドルに関連付けられる磁気スラスト軸受をさらに含む、請求項43に記載のアセンブリ。   44. The assembly of claim 43, further comprising a magnetic thrust bearing associated with the spindle to limit axial movement of the spindle relative to the housing. 前記軸心を中心として強制的に前記スピンドルを回転させるために、前記ハウジング内に配置される駆動モータをさらに含む、請求項43に記載のアセンブリ。   44. The assembly of claim 43, further comprising a drive motor disposed within the housing for forcibly rotating the spindle about the axis. 前記ハウジングは、少なくとも2つの補助軸受を含む請求項43に記載のアセンブリ。   44. The assembly of claim 43, wherein the housing includes at least two auxiliary bearings. 寸法的に変動する軸方向の軌道を有する不規則な孔を加工物に形成するための高速スピンドルアセンブリを磁気的に浮上させるための方法であって、前記方法は、
軸心を有するスピンドルの一端に半径方向に延びる成形工具を固定するステップと、
軸心を中心として回転するために成形工具に近接するスピンドルの第1の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、
第1の領域から間隔を置いて配置され、成形工具から離れたスピンドルの第2の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、
第1および第2の磁気浮上領域内で軸心を中心としてスピンドルを回転させるステップ
と、
第1および第2の磁気浮上領域を変動させることによって、スピンドルが回転する間に、第1および第2の領域で軸心の半径方向位置を調整し、このことにより所定の非円形の軌道において成形端部を動かすステップと、
第1および第2の領域で軸心の半径方向位置を調整する前記ステップと同時に、加工物に対して軸心に沿って成形工具を動かすことによって、加工物における不規則の軸方向に異なる軌道の孔を形成するステップと、
を備える、方法。
A method for magnetically levitating a high speed spindle assembly for forming irregular holes in a workpiece having dimensionally varying axial trajectories, the method comprising:
Fixing a radially extending molding tool to one end of a spindle having an axis;
Setting a magnetic levitation region around a first region of the spindle proximate to the forming tool for rotation about an axis;
Setting a magnetic levitation region around a second region of the spindle spaced from the first region and remote from the forming tool;
Rotating the spindle about the axis within the first and second magnetic levitation regions;
By varying the first and second magnetic levitation regions, the radial position of the axial center is adjusted in the first and second regions while the spindle rotates, thereby providing a predetermined non-circular orbit. Moving the molding end;
Simultaneously with the step of adjusting the radial position of the axial center in the first and second regions, different orbits in the irregular axial direction in the workpiece by moving the forming tool along the axial center with respect to the workpiece. Forming a hole in the
A method comprising:
スピンドルの第1の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの検出器を位置決めすることを含む、請求項47に記載の方法。   The step of setting a magnetic levitation region around a first region of the spindle includes positioning at least three detectors that are spaced generally equidistantly in a common plane about a shaft center in a common plane. 48. A method according to item 47. スピンドルの第2の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの検出器を位置決めすることを含む、請求項48に記載の方法。   The step of setting a magnetic levitation region around a second region of the spindle comprises positioning at least three detectors that are spaced generally equidistantly in a common plane about a shaft center in a common plane. Item 49. The method according to Item 48. 第1および第2の領域で軸心の半径方向位置を調整するステップが、少なくとも3つの第1の位置検出器を、第1の領域の少なくとも3つの磁石固定子に近接して軸心を中心として共通面に概して円弧状に等しい間隔に配置することと、少なくとも3つの第1の位置検出器を、第2の領域の少なくとも3つの磁石固定子に近接して軸心を中心として共通面に概して円弧状に等しい間隔に配置することとを含む、請求項49に記載の方法。   Adjusting the radial position of the axial center in the first and second regions, the at least three first position detectors centered on the axial center proximate to the at least three magnet stators in the first region; And at least three first position detectors in proximity to the at least three magnet stators in the second region and centered on the common axis. 52. The method of claim 49, comprising generally equally spaced arcs. スピンドルの第1の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、1対の対向するX座標磁石固定子および1対の対向するY座標磁石固定子を位置決めすることと、X座標磁石固定子を、対向するY座標磁石固定子の間にかつ概して共面に間隔を置いて配置することとを含む、請求項47に記載の方法。   The step of setting a magnetic levitation region around the first region of the spindle positions a pair of opposing X coordinate magnet stators and a pair of opposing Y coordinate magnet stators, and X coordinate magnet fixing 48. The method of claim 47, including disposing the child between opposing Y coordinate magnet stators and generally coplanarly spaced. スピンドルの第2の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、1対の対向するX座標磁石固定子および1対の対向するY座標磁石固定子を位置決めすることと、X座標磁石固定子を、対向するY座標磁石固定子の間にかつ概して共面に間隔を置いて配置することとを含む、請求項51に記載の方法。   The step of setting a magnetic levitation region around the second region of the spindle positions a pair of opposing X coordinate magnet stators and a pair of opposing Y coordinate magnet stators, and X coordinate magnet fixing 52. The method of claim 51 including disposing the child between opposing Y coordinate magnet stators and generally coplanarly spaced. 前記第1の軸受クラスタの各前記1対のX座標磁石への電流の供給を非線形に等しく比例するように変動させるステップをさらに含む、請求項52に記載の方法。   53. The method of claim 52, further comprising varying the supply of current to each of the pair of X coordinate magnets of the first bearing cluster in a non-linear equal proportion. 第1および第2の領域で軸心の半径方向位置を調整するためのステップが、各前記磁気固定子に近接して位置検出器を固定することを含む、請求項52に記載の方法。   53. The method of claim 52, wherein the step for adjusting the radial position of the axial center in the first and second regions includes securing a position detector proximate to each of the magnetic stators. 加工物に対して成形工具を動かす前記ステップが、加工物を動かす一方でスピンドルを軸方向に固定した状態を保つことを含む、請求項47に記載の方法。   48. The method of claim 47, wherein the step of moving the forming tool relative to the workpiece includes moving the workpiece while keeping the spindle axially fixed. 孔を形成する前記ステップの間、軸心を中心として成形工具の角位置を瞬間的に決定するステップをさらに含む、請求項47に記載の方法。   48. The method of claim 47, further comprising instantaneously determining an angular position of the forming tool about the axis during the step of forming the hole. 成形工具が軸心を中心として1回転し終えると同時に、成形端部が軌道の周囲を1周し終えるように、成形工具の角速度を計時するステップをさらに含む、請求項56に記載の方法。   57. The method according to claim 56, further comprising the step of timing the angular velocity of the forming tool such that the forming end has completed one revolution around the track while the forming tool has completed one revolution about the axis. 成形工具の切れ刃および軌道間の連続した傾斜角を保つためステップであって、傾斜角
が軸心から切れ刃まで延びる半径、および、軌道に沿って任意の点に対する接線の間の角度によって定められる最適な切削角を備えるステップをさらに含む、請求項47に記載の方法。
A step to maintain a continuous tilt angle between the cutting edge and the track of the forming tool, the tilt angle being determined by the radius extending from the axis to the cutting edge and the angle between the tangent to any point along the track 48. The method of claim 47, further comprising providing an optimal cutting angle to be achieved.
連続した傾斜角を保つためステップが、傾斜角を実質的に直角に保つことを含む、請求項58に記載の方法。   59. The method of claim 58, wherein the step of maintaining a continuous tilt angle comprises maintaining the tilt angle substantially at a right angle. 軌道を不規則な形状に向けるステップをさらに含む、請求項58に記載のアセンブリ。   59. The assembly of claim 58, further comprising directing the track into an irregular shape. 加工物に非円形の孔を形成するための高速スピンドルアセンブリを磁気的に浮上させるための方法であって、前記方法は、
成形工具に切れ刃を形成するステップと、
切れ刃が軸心から半径方向に外側に配置されるように、軸心を有するスピンドルの一端に半径方向に延びる成形工具を固定するステップと、
軸心を中心として回転するために成形工具に近接するスピンドルの第1の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、
第1の領域から間隔を置いて配置され、成形工具から離れたスピンドルの第2の領域の周りに磁気浮上領域を設定するステップと、
第1および第2の磁気浮上領域内で軸心を中心としてスピンドルを回転させるステップと、
第1および第2の浮上領域を変動させることによって、スピンドルが回転する間に、第1および第2の領域で軸心の半径方向位置を調整し、このことにより所定の非円形の軌道に切れ刃を動かして加工物に非円形の孔を形成するステップと
切れ刃および軌道の間の連続した傾斜角を保つステップであって、傾斜角は、軸心から切れ刃まで延びる半径および非円形の軌道に沿った任意の点に対する接線の間の角度によって定まる最適な切削角を備え、そのため、非円形の孔が改良された精度で成形されることが可能となり、かつスピンドルがより高速の回転速度およびより高い安定性で作動可能となるステップと、
を備える、方法。
A method for magnetically levitating a high speed spindle assembly for forming a non-circular hole in a workpiece, the method comprising:
Forming a cutting edge on the forming tool;
Fixing a radially extending forming tool at one end of a spindle having an axis such that the cutting edge is radially outward from the axis;
Setting a magnetic levitation region around a first region of the spindle proximate to the forming tool for rotation about an axis;
Setting a magnetic levitation region around a second region of the spindle spaced from the first region and remote from the forming tool;
Rotating the spindle about the axis within the first and second magnetic levitation regions;
By varying the first and second flying regions, the radial position of the shaft center is adjusted in the first and second regions while the spindle is rotating, thereby cutting into a predetermined non-circular orbit. Moving the blade to form a non-circular hole in the workpiece and maintaining a continuous inclination angle between the cutting edge and the track, the inclination angle being a radius extending from the axis to the cutting edge and a non-circular shape With an optimum cutting angle determined by the angle between the tangents to any point along the trajectory, so that non-circular holes can be formed with improved accuracy and the spindle has a higher rotational speed And steps that become operable with higher stability;
A method comprising:
連続した傾斜角を保つためステップが、傾斜角を実質的に直角に保つことを含む、請求項61に記載の方法。   62. The method of claim 61, wherein the step of maintaining a continuous tilt angle comprises maintaining the tilt angle substantially at right angles. 軌道を不規則な形状に向けるステップをさらに含む、請求項61に記載のアセンブリ。   62. The assembly of claim 61, further comprising directing the track into an irregular shape. 孔を形成する前記ステップの間、軸心を中心として成形工具の角位置を瞬間的に決定するステップをさらに含む、請求項61に記載の方法。   62. The method of claim 61, further comprising instantaneously determining an angular position of the forming tool about the axis during the step of forming the hole. 成形工具が軸心を中心として1回転を終えると同時に、成形端部が軌道の周囲を1周し終えるように、成形工具の角速度を計時するステップをさらに含む、請求項64に記載の方法。   65. The method of claim 64, further comprising the step of timing the angular speed of the forming tool such that the forming end completes one revolution around the axis while the forming tool completes one revolution about the axis. 加工物に対して軸心に沿って成形工具を動かすことによって、加工物における不規則の軸方向に異なる軌道の孔を形成するのと同時に、第1および第2の領域で軸心の半径方向位置を調整する前記ステップを備えるステップをさらに含む、請求項61に記載の方法。   By moving the forming tool along the axis with respect to the workpiece, the irregular axial holes in the workpiece are formed in different radial paths, and at the same time in the radial direction of the axis in the first and second regions. 62. The method of claim 61, further comprising the step of adjusting the position. 加工物に対して軸心に沿って成形工具を動かす前記ステップが、加工物を動かす一方でスピンドルを軸方向に固定した状態を保つことを含む、請求項66に記載の方法。   68. The method of claim 66, wherein the step of moving the forming tool along the axis with respect to the workpiece comprises moving the workpiece while keeping the spindle axially fixed. スピンドルの第1の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、軸心を中心
として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの検出器を位置決めすることを含む、請求項61に記載の方法。
The step of setting a magnetic levitation region around a first region of the spindle includes positioning at least three detectors that are spaced generally equidistantly in a common plane about a shaft center in a common plane. Item 62. The method according to Item 61.
スピンドルの第2の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、軸心を中心として共通面において概して円弧状に等しい間隔に配置される少なくとも3つの検出器を位置決めすることを含む、請求項68に記載の方法。   The step of setting a magnetic levitation region around a second region of the spindle comprises positioning at least three detectors that are spaced generally equidistantly in a common plane about a shaft center in a common plane. Item 69. The method according to Item 68. 第1および第2の領域で軸心の半径方向位置を調整するステップが、少なくとも3つの第1の位置検出器を、第1の領域の少なくとも3つの磁石固定子に近接して軸心を中心として共通面に概して円弧状に等しい間隔に配置することと、少なくとも3つの第1の位置検出器を、第2の領域の少なくとも3つの磁石固定子に近接して軸心を中心として共通面に概して円弧状に等しい間隔に配置することとを含む、請求項69に記載の方法。   Adjusting the radial position of the axial center in the first and second regions, the at least three first position detectors centered on the axial center proximate to the at least three magnet stators in the first region; And at least three first position detectors in proximity to the at least three magnet stators in the second region and centered on the common axis. 70. The method of claim 69, comprising generally equally spaced arcs. スピンドルの第1の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、1対の対向するX座標磁石固定子および1対の対向するY座標磁石固定子を位置決めすることと、X座標磁石固定子を、対向するY座標磁石固定子の間にかつ概して共面に間隔を置いて配置することとを含む、請求項61に記載の方法。   The step of setting a magnetic levitation region around the first region of the spindle positions a pair of opposing X coordinate magnet stators and a pair of opposing Y coordinate magnet stators, and X coordinate magnet fixing 62. The method of claim 61, comprising disposing the child between opposing Y coordinate magnet stators and generally coplanarly spaced. スピンドルの第2の領域の周りに磁気浮上領域を設定する前記ステップが、1対の対向するX座標磁石固定子および1対の対向するY座標磁石固定子を位置決めすることと、X座標磁石固定子を、対向するY座標磁石固定子の間にかつ概して共面に間隔を置いて配置することとを含む、請求項71に記載の方法。   The step of setting a magnetic levitation region around the second region of the spindle positions a pair of opposing X coordinate magnet stators and a pair of opposing Y coordinate magnet stators, and X coordinate magnet fixing 72. The method of claim 71, comprising disposing the child between opposing Y coordinate magnet stators and generally coplanarly spaced. 前記第1の軸受クラスタの各前記1対のX座標磁石への電流の供給を非線形に等しく比例して変動させるステップをさらに含む、請求項72に記載の方法。   73. The method of claim 72, further comprising varying the supply of current to each of the pair of X coordinate magnets of the first bearing cluster in a non-linear equal proportion. 第1および第2の領域で軸心の半径方向位置を調整するためのステップが、各前記磁気固定子に近接して位置検出器を固定することを含む、請求項72に記載の方法。   73. The method of claim 72, wherein the step for adjusting the radial position of the axis in the first and second regions includes securing a position detector proximate to each of the magnetic stators.
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